Структура для приемника ик-излучения

(57) Использованк полупроводникно к структурамков ИК-диапазонприемника ИК-иэи слоем р-типа прно введен слой рщиной 0,1-1 мкм. ие изобре овой элек для произв а. Сущно лучения м оводимос -типа пр 1 йл., 1 та тение относится тронике, а именодства прйемнисть; в структуре ежду подложкой ти дополнительоводимости тол- бл ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 4897118/25(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут материалов электронной техники(56) Фомин И.А, и др. Исследование эпитаксиальных слоев и-Ь Аз и р-п-переходов наих основе. Электронная техника сер. Материалы, 1980, вып. 1 с. 39-43,Патент США М 3534231, кл. 317 - 235, 1970. Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к структурам для производства фотоприемников ИК-диапазона.Цель изобретения - уменьшение последовательного сопротивления и обратного темнового тока через рабочий р-п-переход.Введение дополнительного слоя р -типа проводимости позволяет снизить диффузионную составляющую. обратного темнового тока через рабочий р-п-переход.Так как дополнительный слой является сильно легированным, то это обеспечивает значительное превышение вероятности тун-. нелирования электронов через потенциальный барьер в р - п-переходе, образованном+подложкой и -типа проводимости и дополнительным р -слоем, над вероятностью надбарьерной инжекции электронов. В результате, с одной стороны, существенно уменьшается последовательное сопротивление фотоприемника, поскольку сопротивление области пространственного заряда р -и -перехода туннельному току в десятки раз ниже, чем инжекционному (диффузионному) току, с другой стороны, так ка инжекционного тока в полном токе через+ +р -и -переход значительно снижается, то и вклад инжекционного тока в обратный ток рабочего р - и-перехода уменьшается, а значит, уменьшается обратный темновой ток через рабочий р - и-переход. При толщине дополнительного слоя менее 0,1 мкм высота потенциального барьера в р -п -переходе понижается, а ширина барьера повышается, что приводит к увеличению вероятности инжекции и снижению вероятности туннелирования электронов, а следовательно, к увеличению обратного темнового тока через рабочий р-и-переход и последовательного сопротивления фотоприемника.Увеличивать толщину дополнительного слоя более 1 мкм нецелесообразно,.так как дальнейшего уменьшения последовательного сопротивления и обратного темнового тока не наблюдается, а регистрируемое излучение при освещении со стороны подложки не будет доходить до рабочего р - п-перехода, и структура будет неработоспособна.Известна структура для фотоприемника, содержащая высоколегированную подложку р -типа со слоями р- и и-типа проводимости.1 безличие подложки р -типа на расстоянии от г: п перехода меньшее диффузионной длины неосновных носителей снижает диффузионную составляющую обратного темнового тока, Однако данная структурна, вследствие полного поглощения излучения в р -подложка, неработоспособна в фотоприемниках, освещаемых со стороны подложки, а введение в заявляемой структуре+дополнительного р -слоя толщиной 0,1 - 1 мкм обеспечивает уменьшение обратного темнового тока и работоспособность структуры при освещении как со стороны слоя, так и со стороны подложки.На фиг.1 а схематически изображено сечение предлагаемой структуры для фотоприемника ИК-излучения; на фиг.1 б - зонная диаграмма заявляемой структуры в отсутствие смешения, где Ег - уровень Ферми, Е, - дно зоны проводимости, Еч - потолок валентной зоны.Структура содержит подложку 1 из уэкоэонного полупроводникового материала и -типа проводимости, на которую последовательно нанесены дополнительный слой 2 р -типа проводимости, слой 3 р-типа проводимости,Рассмотрим работу заявляемой структуры в фотоприемнике ИК-излучения, где излучение принимается со стороны подложки (хотя структура может работать и при освещении со стороны п-слоя).Воэможность работы структуры в фотоприемнике с засветкой со с 1 ороны подложки обеспечивается тем, что за счет сильного легирования материала подложки примесью п-типа регистрируемое излучение проникает через подложку 1, а за счет того, что толщина дополнительного слоя 0,1-1 мкм - через дополнительный слой 2, достигает области рабочего р-п-перехода, образованного р-слоем 3 и и-слоем 4, где поглощается, генерируя фотоносители. Введение дополнительного р -слоя 2 с толщиной 0,1-1 мкм обеспечивает уменьшение последовательного сопротивления фотоприемника за счет туннелирования+ электронов через потенциальный барьер р - +и -перехода, образованного п -подложкой 1 и дополнительным р -слоем 2 (фиг,1 б),Введение дополнительного р -слоя 2 позволяет снизить обратный темновой ток через фотоприемник за счет уменьшения диффузионной составляющей обратного тока через рабочий р-и-переход и инжекционного тока через р -и -переход,П р и м е р. Структура для фотоприемника ИК-излучения, выполненная из арсенида индия,Структура содержит:+1 - подложку и -типа с концентрациейносителей заряда 2 10 сми толщиной1 в -з380 мкм;2 - дополнительный слой р+-типа с концентрацией носителей заряда 3 10 см з итолщиной 0.5 мкм;3 - слой р-типа с концентрацией носителей заряда 3 10 см з и толщиной 6 мкм;4 - слой и-типа с концентрацией носи"0 телей заряда 3 10 см и толщиной 4 мкм,15Структура предназначена для ИК - ФПУна длину волны 3 мкм, работающих приохлаждении до 77 К,Толщина дополнительного р -слоя 0,5"5 мкм обеспечивает уменьшение последовательного сопротивления и обратного темнового тока через рабочий р-и-переход иработоспособность структуры в фотоприемнике ИК-излучения с освещением со стороны подложки,В таблице приведены параметры исравнительные характеристики заявляемой структуры, прототипа и приемниковИК-излучения на их основе. Как видно из25 таблицы, заявляемая структура обеспечивает существенно меньшие значения обратного темнового тока и последовательногосопротивления фотоприемника,Преимуществом заявляемой структурыпо сравнению с прототипом является уменьшение последовательного сопротивления иобратного темнового тока через р-и-переход за счет того, что между подложкой ислоем р-типа проводимости дополнительновведен слой р -типа толщиной 0,1 - 1 мкм,которая позволяет уменьшить инжекционную составляющую обратного тока, концентрация носителей заряда в дополнительномслое выше, чем в слое р-типа, что позволяет40 уменьшить диффузионную составляющуюобратного тока, а в результате уменьшитьобратный темновой ток через р - и-переход.Так как толщина дополнительного. слояменьше 1 мкм, то это обеспечивает работо 45 способность структуры при приеме излучения со стороны подложки и позволяетприменять ее в многоэлементных ИК - ФПУгибридного типа, а также упростить технологию их изготовления,50 Преимуществом заявляемой структурыявляется также возможность уменьшенияемкости фотоприемника за счет уменьше+ +ния емкости р -и -перехода. включенногопоследовательно с рабочим р-п-переходом.55Фо р мула изобретенияСтруктура для приемника ИК-излученияна основе узкозонного полупрсводникового1810932 Ес Составитель В, ПлосконосовРедактор Т, Иванова Техред М.Моргентал Корректор И М Заказ 1448 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул. Гагар проводимости со слоями р и и-типа проводимости, образующими два встречно включенных р - п-перехода, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения последовательного сопротивления и обратного темнового тока, между подложкой и слоем р-типа проводимости дополнительно введен слой р -типа проводимости толщиной 0,1 - 1 мкм.5